آلیاژهای حافظه دار

آلیاژهای حافظه دار توانایی حفظ فرم قبلی خود را دارند و در معرض محرک‌های خاصی مانند تغییرات ترمومکانیکی یا مغناطیسی مقاومت می‌کنند و پس از مدتی به حالت اولیه خود بر می‌گردند. اولین آلیاژ حافظه دار در دهه ۱۹۳۰ توسط شیمیدان سوئدی Arne Olander در یک آلیاژ طلا-کادمیوم کشف شد. اما آلیاژهای حافظه دار (همچنین سیم‌های عضلانی، فلزات حافظه دار و فلزات هوشمند) در اوایل دهه ۱۹۶۰ محبوبیت پیدا کردند. چندین دهه بعد، آلیاژهای حافظه دار برای انواع تجهیزات پزشکی و بهداشتی از جمله ایمپلنت‌های دندانی، ابزار جراحی و فریم‌های عینک استفاده شدند. بر خلاف پلاستیک‌ها، فلزات و آلیاژهای سنتی، آلیاژهای حافظه دار، مستحکم، انعطاف پذیر، آسان برای استریل کردن و همچنین مقاوم در برابر خوردگی هستند. به علاوه با توجه به وزن کم، سختی و قابلیت کار کردن در دماهای بالا نیز به طور گسترده‌ای در اجزای فضاپیماها نیز استفاده می‌شوند.

آلیاژهای حافظه دار دارای توانایی تغییر ساختار کریستالوگرافی خود در پاسخ به یک محرک، در قالب تنش یا حرارت هستند. این تغییر در ساختار به این معنی است که ماده‌ای که دارای یک شکل خاص در دما و سطح تنشی معین است، با تغییر دما و سطح تنش، شکل متناظر با آن تغییرات را خواهد داشت. اغلب دو ساختار کریستالوگرافی برای آلیاژهای حافظه دار به ترتیب فاز مارتنزیت در دمای پایین و فاز آستنیت در دمای بالا است.

بیشتر بخوانید: مهندسی سطح چیست و چه کاربردهایی دارد؟

شکل۱. نمونه ی یک فنر از جنس آلیاژ حافظه دار Ni-Ti

آلیاژهای حافظه دار به خاصیت سوپر الاستیسیته و اثر حافظه ی شکلی معروف هستند. خاصیت سوپرالاستیسیته به این معنا است که در اثر بارگذاری مکانیکی، کرنش‌های بزرگ ایجاد شده بلافاصله بعد از باربرداری بازیابی شده و به حالت اولیه بر می‌گردند. اثر حافظه ی شکلی با گرمادهی عمل می‌کند، به این صورت که با افزایش دما تغییر فرم پیدا کرده و با کاهش دما به حالت اولیه خود بر می‌گردد. مکانیزم اصلی که خواص آلیاژهای حافظه دار را کنترل می‌کند در رابطه با تغییر کریستالی آلیاژ است. دمای تغییر فرم این آلیاژ، دمای تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت و برعکس است. این دو فاز، دارای خواص کاملا متفاوتی هستند.‏ آلیاژهای حافظه دار به دو دسته یک طرفه و دو طرفه تقسیم می‌شوند. آلیاژهای حافظه دار یک طرفه، حالت تغییر شکل یافته خود را پس از حذف نیروی خارجی حفظ می­ کنند و به محض گرمایش و تشکیل فاز آستنیت از مارتنزیت، به شکل اولیه خود باز می‌­گردند. این آلیاژها فقط شکل خود را در فاز آستنیت بازیابی می‌کنند. اگر آلیاژ حافظه دار علاوه بر فاز آستنیت، شکل خود را در فاز مارتنزیت نیز بازیابد، به این خاصیت اثر حافظه داری برگشت پذیر یا اثر حافظه داری دو طرفه می‌گویند. آلیاژهای حافظه دار دارای توانایی به ­خاطر سپاری شکل خود در هر دو دمای بالا و پایین هستند و می‌توانند با تغییر دما شکل‌های مختلفی را به خود بگیرند. در واقع اثر حافظه داری دو طرفه از ویژگی‌های ذاتی آلیاژهای حافظه دار نبوده و با تکرار فرایند ترمودینامیکی ممکن می‌شود. بنابراین در این دسته از آلیاژها، شکل­‌های دائمی و موقتی نگه­ داشته شده در دماهای متفاوت، نیازمند برنامه­ ریزی دقیق و کنترل دما است.

شکل ۲. شبکه مولکولی یک آلیاژ حافظه دار یک طرفه.